Riesige, nicht identifizierte Lebensformen, bekannt als S-Klasse-Spezies, tauchen in ganz Japan auf und stellen eine zunehmende Bedrohung dar, der die bestehenden Militärkräfte kaum Herr werden. Als Reaktion darauf richtet die japanische Regierung eine spezielle Taskforce namens S-Klasse-Spezies-Unterdrückungsprotokoll, kurz SSSP, ein, die Experten aus verschiedenen Bereichen zusammenbringt, um diese Kreaturen zu analysieren und zu bekämpfen. Das Team umfasst den analytischen, aber zurückhaltenden Shinji Kaminaga, einen ehemaligen Polizisten, der als Operationsplaner eingesetzt wird, und die scharfsinnige Hiroko Asami, eine Analystin, die widerwillig seine Partnerin wird.

Während einer Konfrontation mit einem solchen Kaiju wird Kaminaga getötet. In diesem Moment steigt ein riesiger silberner humanoider Gigant von jenseits der Erdatmosphäre herab und besiegt die Kreatur. Diese außerirdische Entität, vom Staatscode Ultraman genannt, wählt als Sühne für seine Ankunft die Verschmelzung mit Kaminaga, nimmt dessen menschliche Gestalt an, um unter der Bevölkerung zu leben und gleichzeitig den Planeten vor weiteren Bedrohungen zu schützen. Als Ultraman verfügt er über immense Stärke, die Fähigkeit zu fliegen und einen verheerenden Energieangriff namens Specium-Strahl. Die SSSP setzt ihre Mission fort, nun mit Kaminaga, der sich heimlich bei Bedarf in den riesigen Helden verwandeln kann, während seine Partnerin Asami nach und nach seine wahre Natur aufdeckt.

Ultramans Auftauchen zieht die Aufmerksamkeit anderer außerirdischer Mächte auf sich. Der Außerirdische Zarab kommt auf die Erde, um die Situation für Eroberungszwecke auszunutzen. Zarab fängt Kaminaga und enthüllt der Welt seine Identität als Ultraman, um dann den Helden zu imitieren und Zerstörungsakte zu begehen, um die Menschheit gegen ihn aufzubringen. Mit Asamis Hilfe entkommt Kaminaga und besiegt Zarab, doch seine enthüllte Identität lässt ihn ohne Platz in der menschlichen Gesellschaft zurück.

Ein weiterer, raffinierterer Außerirdischer namens Mefilas nimmt daraufhin Kontakt mit der japanischen Regierung auf. Er demonstriert eine Technologie namens Beta-System, die Lebewesen künstlich vergrößern kann, indem er sie an der entführten Asami anwendet und sie danach wieder auf Normalgröße zurücksetzt. Mefilas schlägt vor, diese Technologie der Menschheit zur Selbstverteidigung gegen feindliche Aliens zu überlassen, aber sein wahres Ziel ist es, sich selbst als übergeordnete Autorität über die Erde zu etablieren und die Menschheit unter seine Kontrolle zu bringen. Als Kaminaga als Ultraman Mefilas' Angebot einer Allianz ablehnt, kommt es zu einem Kampf. Mefilas erlangt die Oberhand, zieht sich aber letztlich zurück, nachdem er die Ankunft eines weiteren Wesens aus Ultramans Heimatwelt gespürt hat.

Dieser Neuankömmling ist Zoffy, ein hochrangiger Kommandant aus dem Land des Lichts im Nebel M78. Zoffy überbringt verheerende Nachrichten. Weil Ultraman sich mit einem Menschen vereint hat, hat sich das Wissen über das Beta-System im Kosmos verbreitet, was andere Zivilisationen dazu veranlasst, die Menschheit als potenzielle Waffe zu betrachten, die eliminiert werden muss. Zoffy setzt Zetton, eine planetenzerstörende biologische Waffe, in die Erdumlaufbahn ein, die die Macht hat, das gesamte Sonnensystem zu vernichten. Ultraman versucht, Zetton allein zu zerstören, wird aber deutlich besiegt und verwandelt sich zurück in Kaminaga, fällt ins Koma.

Angesichts der drohenden Vernichtung entdeckt die SSSP, dass Kaminaga einen USB-Stick mit den Grundprinzipien des Beta-Systems hinterlassen hat. Unter der Leitung des Physikers Takumi Taki arbeiten Wissenschaftler aus der ganzen Welt an einem verzweifelten Plan. Durch Invertierung des Beta-Systems können sie einen Dimensionsriss erzeugen, um Zetton in eine andere Dimension zu verbannen. Der Plan erfordert, dass Ultraman als Katalysator fungiert, was wahrscheinlich dazu führen wird, dass auch er in den Riss gezogen wird und nie zurückkehrt. Trotz des Zögerns von SSSP-Kommandant Kimio Tamura nimmt Kaminaga das Opfer an. Er verwandelt sich ein letztes Mal in Ultraman und führt den Plan erfolgreich aus, verschwindet in der Leere, während Zetton verbannt wird.

In der Folge erscheint Zoffy Ultraman, während dieser durch eine andere Dimension treibt. Beeindruckt von der Intelligenz und Entschlossenheit der Menschheit verkündet Zoffy, dass der Zerstörungsbefehl aufgehoben wurde. Er bietet an, Ultraman in ihre Heimatwelt zurückzubringen, aber Ultraman, der die Erde und ihre Menschen schätzen gelernt hat, lehnt ab. Er bittet Zoffy, ihn von Kaminaga zu trennen und dem Menschen sein Leben zurückzugeben. Zoffy stimmt zu, und Kaminaga erwacht auf der Erde, von seinen Kameraden in der SSSP begrüßt, ohne Erinnerung an seine Zeit als Ultraman.